中子星X射线双星中kHz QPO现象的理论解释

罗西X射线时变探测器(RXTE)在中子星小质量X射线双星中发现了千赫兹准周期振荡现象(kHzQPO)。kHzQPO的频率一般在几百到上千赫兹,其动力学时标与吸积盘最内部区域物质的运动时标一致,因此普遍认为kHz QPO产生于中子星表面附近区域,携带了来自中心中子星及周围强引力场信息,如质量、自转周期、角动量、半径、磁场等。kHz QpO现象的理解为研究强引力场和致密物质状态开启了一扇新的窗口。着重介绍基于kHz QPO的基本现象和相应的理论模型。     

Ⅰ型X射线暴和中子星周围物质的相互作用研究进展

Ⅰ型X射线暴是发生在中子星小质量X射线双星表面的不稳定核燃烧过程。Ⅰ型X射线暴的辐射可对中子星周围的物质产生显著影响。文章回顾了Ⅰ型X射线暴与中子星周围物质之间的相互作用的观测结果和理论解释,包括坡印亭-罗伯逊效应引起的吸积率增加、Ⅰ型X射线暴能谱中的吸收限特征、吸积盘反射、千赫兹准周期震荡信号的变化、冕冷却导致的硬X射线缺失等;此外,还介绍了NICER卫星相关观测的最新进展。     

Ⅰ型X射线暴多峰结构的研究进展

Ⅰ型X射线暴(热核暴)是发生在小质量X射线中子星双星系统中X射线波段流量突然大幅度增加的一种高能现象.在热核闪模型下,此现象被认为主要由中子星表面热核不稳定燃烧主要引起的.典型X射线暴的光变曲线呈现快速上升(1～5 s)、e指数下降(10～100 s)的单峰结构.随着X射线暴样本的增加,在观测上出现了一类多峰结构的热核...     

I型X射线暴多峰结构的研究进展

I型X射线暴(热核暴)是发生在小质量X射线中子星双星系统中X射线波段流量突然大幅度增加的一种高能现象。在热核闪模型下,此现象被认为主要由中子星表面热核不稳定燃烧主要引起的。典型X射线暴的光变曲线呈现快速上升(1～5 s)、幂指数下降(10～100 s)的单峰结构。随着X射线暴样本的增加,在观测上出现了一类多峰结构的热核暴。在现有的115个暴源中,至少6个暴源有此类多峰结构暴。通过研究多峰暴的观测性质,发现多峰暴只出现在极少数不同类型不同吸积状态的暴源中,其中大部分多峰暴的峰值流量小于爱丁顿极限,除少数多峰暴呈三峰结构以外,大部分多峰暴是双峰结构,并且双峰暴的两峰值相对强弱没有固定规律,暴频振荡在多峰暴当中的出现也无明显规律性。针对这些观测现象,总结了关于多峰暴的多个理论解释。     

小质量X射线双星中中子星自转演化的研究

为解释毫秒脉冲星自转周期的观测数据和理论结果之间的差异,采用数值分析的方法研究了小质量X射线双星中中子星的自转演化.在计算中,分别考虑了辐射压和中子星辐照引起的物质交流的不稳定性对系统的影响.结果如下:(1)吸积盘内的辐射压会使自转周期有小幅增加,中子星辐照导致的物质传输率的变化会缩短演化路径中自转减慢的阶段;(2)同时考虑辐射压和中子星辐照时在物质传输的高态阶段吸积会被辐射压抑制;(3)吸积的质量和快参数影响达到自转平衡的系统数目.     

重复快速射电暴的白矮星和中子星双星模型

快速射电暴(Fast Radio Bursts, FRBs)是来自河外的短暂而明亮的射电能量脉冲,有重复快速射电暴和非重复快速射电暴两种类型。重复快速射电暴的重复爆发行为可能源于一个具有强偶极磁场的中子星和磁化的白矮星组成的致密双星系统。当白矮星充满它的洛希瓣时,物质将通过内拉格朗日点转移到中子星表面。一次爆发之后,白矮星可能被踢开,在演化过程中再次吸积,实现重复爆发现象。根据重复射电暴FRB 121102和FRB 180916重复爆发的观测数据,研究了白矮星-中子星的双星模型中两次爆发的时间间隔和两次爆发中前次爆发的流量之间的关系,通过理论值和观测值的比较,肯定了这样一个间歇的洛希瓣外流机制可能解释重复快速射电暴的重复爆发行为。     

周期性重复快速射电暴双星模型再研究

在椭圆轨道的致密双星模型作为周期性重复快速射电暴(Fast Radio Bursts, FRBs)起源的基础上,考虑引力辐射对快速射电暴周期性行为的影响。这个双星系统包含一个具有强偶极磁场的中子星和一个磁化的白矮星。当白矮星充满它的洛希瓣时,物质将通过内拉格朗日点转移到中子星表面。由于角动量守恒,白矮星可能在一次爆发之后被踢开,接着在演化过程中由于引力辐射再次充满洛希瓣,实现再次爆发。这种情况下,快速射电暴的周期对应于双星轨道周期P_orb,而它与两次质量转移时间间隔Δt之间的关系是能否显现周期性行为的关键因素。很明显,Δt≈P_orb或者Δtorb是周期性行为显现的必要条件。反之,如果Δt>>P_orb,周期性将很难观测到。结果表明,只有相对较长周期的快速射电暴才能显示周期性行为,这表明目前仅有的两个周期性快速射电暴都对应于较长的周期是合理的。     

探究双脉冲星候选体PSR J1906+0746的物理性质

PSR J1906+0746是2006年发现的一颗自旋周期为144 ms的射电脉冲星,由于探测到的是第2颗形成的非自转加速伴星,主星和伴星组成的系统极有可能成为另一对双脉冲星.从PSR J1906+0746的基本物理量出发,针对性地对比研究双中子星和脉冲双星(包括中子星-白矮星)的磁场-周期关系,大致得出他们的演化路径;其次通过双中子星的形成机制以及双星形成过程中的物质损失,假定非自转加速的伴星形成于电子俘获,得出伴星前身星的质量约为1.57 M⊙,在形成双中子星系统过程中损失了约0.23 M⊙.这可能是由于电子俘获能量较低,不能抗衡伴星的引力束缚能,最终抛出物质没有逃逸,形成了一个椭圆环,成功解释了在X射线波段观测到的围绕着PSR J1906+0746的环结构.     

反常X射线脉冲星的研究进展

反常X射线脉冲星（Anomalous X-ra Pulsars，简称AXP）是一类特殊的X射线源。与X射线脉冲星（通常处于大质量X射线双星系统中）相比，它们具有以下特征：X射线谱较软、光度低页稳定（≈10^27－10^29J.s^-1）、自转周期集中在10s左右稳定增长、迄今没有找到它们的光学、红外、射电的对应体、有一些可能戌超新星遗迹成协等。由观测到的自转周期变化可以确定它们的自转能损不足以提供有X射线辐射。解释AXP能源机制的理论模型目前主要有两大类：在吸积模型中，AXP被认为具有正常磁场强度（≈10^8T）的中子量，物质吸积提供X射线辐射原能源，并造成中子星的自转变化；另一种观点认为AXP是具有超强磁场（≈10^10-10^11T）的中子量（即磁星），其辐射能源来自它们巨大的磁或残余的热能，观测到的自转周期及其变化被归因子中子星的磁偶极辐射和物质抛射。两种模型各有优缺点，但目前看来观测事实对磁星模型较为有利。为了进一步明确AXP的性质，提供解释它们能源机制的线索，在介绍AXP的基本观测特征和理论解释的基础上，还将AXP与射电脉冲星、特强磁场射电脉冲量、射电宁静脉冲星侯选体及软γ射线复现源分别进行了比较。     

脉冲星参数统计和演化

统计分析了目前发现的几种脉冲星的自转周期和表面磁场以及空间的分布情况,揭示出毫秒脉冲星比普通射电脉冲星、LMXB(低质量X射线双星)比HMXB(高质量X射线双星)的空间分布要更加弥散;孤立毫秒脉冲星自转周期分布的峰值为4.7 ms,而普通脉冲星的相应值为0.6 s,双星中毫秒脉冲星这一值为3.5 ms; FERMI脉冲...     

X射线双星回旋吸收线研究进展

X射线双星中的回旋共振散射吸收特征(即回旋吸收线特征)是直接测量中子星磁场的工具。回旋吸收线表现为X射线能谱中多阶吸收特征。截至目前,已在30多颗源中探测到该现象,其能量范围为10-80 keV,对应的磁场强度范围为10^7-10^9 T。随着X射线探测技术的进步,回旋吸收线观测及理论研究也迅速发展,包括谐频和基频回旋吸收线能量之比、回旋吸收线形状的复杂性、回旋吸收线形态参数间的相关性、回旋吸收线能量与光度的关系、回旋吸收线的脉冲相位解析谱及回旋吸收线能量的长时标演化等。未来,人们将通过对回旋吸收线的研究,在探测高磁场中子星,以及在探究中子星磁场结构和吸积柱物理等方面取得更多成果。     

1979年3月5日宇宙γ射线爆发的一个模型(Ⅱ)

本文就1979年3月5日宇宙γ射线爆发事件提出一种可能的机制,它可能发生在一个包含有中子星的双星系统中,来自伴星的一次偶发事件抛射的大量物质,使中子星磁层顶处堆积大量等离子体,形成高密度吸积环.当吸积环中物质数量超过某个临界值时,由等离子体的Kruskal-Schwarzschild不稳定性导致吸积环物质进入磁球,在它到达中子星表面时,产生γ射线和硬X射线爆发.本文所得结果与文[1]所需的物理条件基本相符。     

异常X射线脉冲星与强磁星

早在1967年,休伊什和贝尔发现的脉冲星即被证明为具有强磁场的中子星。稍后,人们又发现蟹状星云中子星发射X射线脉冲。20世纪70年代"乌呼鲁"卫星发现,半人马座X-3和武仙座X-1也有周期X射线脉冲发射,它们的脉冲周期分别为4.84秒和1.24秒。这些X射线源现在称为"正常X射线脉冲星"。正常X射线脉冲星分为两类,一类是单个中子星,它们的辐射能来自旋转,另一类是双星系统内的中子星,它们的辐射能由引力很强的中子星从吸积的伴星物质中得到。1979年12月,格利高里和法尔曼用"爱因斯坦天文台"观测新发现的可变射电源时,在仙后座里拍摄到一个奇怪的天     

X射线暂现源Aql X-1的2个历元VLBI探探测

天鹰座X-1 (Aquila X-1, Aql X-1)是一个低质量中子星X射线双星,在X射线和射电波段表现为暂现源。对该源的甚长基线干涉(very long baseline interferometry, VLBⅠ)观测不仅为中子星X射线双星的射电-X射线(或喷流-吸积盘)相关性研究提供了观测依据,而且VLBⅠ亚毫角秒级的定位精度还有助于实现对该源的天体测量(包括位置、视差和自行)。由于Aql X-1常伴随着光球层膨胀(photospheric radius expansion, PRE)特征的Ⅰ型X射线暴(X-ray burst),因此,独立于物理模型的视差测量可以用来估算这类X射线暴的本征光度,并有助于对该类X射线暴的理论研究。Aql X-1已在2009年11月和2013年6月的2个历元的VLBⅠ观测中被探测到,这使得它在其他历元的VLBⅠ观测中的搜寻范围显著变小,并大大降低了其他历元的VLBⅠ观测的探测阈值。处理并分析了观测时间为2010年1月和2010年7月的两组VLBA (Very Long Baseline Array)的历史数据,并证认了Aql X-1的2个新的亚毫秒级精度的VLBⅠ探测,其置信度分别达到99.998 6%和99.998 4%。此外,2010年7月Aql X-1出现在其2010年1月位置的西南面,这与之前发布的Aql X-1的自行方向大体一致,意味着Aql X-1在2个历元间的位移主要来源于自行。最后发现,这2个VLBⅠ观测的历元正对于X射线的软硬态转换窗口,这符合之前对该源的射电-X射线的相关性研究结果。     

X射线双星

X射线双星是最近十几年以来天体物理学中很活跃的一个研究领域。本文简要地介绍了这个新领域的基本内容,包括:几个典型的X射线双星的观测资料;X射线双星中致密源的定性分析;理论上的核心问题——吸积到黑洞、中子星和白矮星——的阐述。     

X射线双星的形成与演化

<正>X射线双星是包含一颗吸积致密星(黑洞、中子星或者白矮星)的双星系统,是宇宙中的重要天体.对它们的研究不仅可以帮助人们理解双星演化、吸积盘和致密星物理,而且也有助于对星系的形成和演化历史甚至宇宙学模型的认识.本文的目的是讨论X射线双星的形成和演化过程,涉及到Be/X射线双星、低质量X射线双星、极亮X射线源和激变变星.第1章我们简要介绍了双星演化的相关知识.     

准周期振荡(QPO)天体GX5-1的双分支谱的唯象分析

本文对小质量X射线双星的准周期振荡的差频模型做了修正和补充。修正的要点是:要考虑柱吸积过程中的粘滞阻尼。由此即可成功地解释QPO天体GX5-1的双分支谱特性。     

Be／X射线双星的理论模型

为解释Ｂｅ／Ｘ射线双星波段联合观测结果，已发展了许多理论模型。在本文中简述这些Ｂｅ／Ｘ射线双星理论模型的研究现状，包括枞两个正常的Ｂ型星组成的密近双星演化成为Ｂｅ／Ｘ射线双星的演化模型，描述Ｂｅ星气壳的物理模型，Ｂｅ星和中子星的性质所决定的中子星吸积方式的吸积量及Ｂｅ／Ｘ射线双星Ｘ射线源光变曲线的理论解释。     

判断双星自转同步性的一种新方法

本文提出了判断双星自转同步性的一种新方法．把假定双星为同步自转时的拱线进动周期的理论计算值与该双星的观测值之比作为同步自转参量,以判断双星同步自转情况．利用此方法对ＹＣｙｇ和ＣＷＣｅｐ两对双星系统中子星同步自转情况做了判断．结果表明,其中ＣＷＣｅｐ为同步自转双星,ＹＣｙｇ为接近同步自转双星．最后将所得结果与其他作者用直接测量自转速度方法所得的结果进行比较,结果符合得很好     

判断双星自转同步性的一种新方法

本提出了判断双星自转同步性的一种新方法,把假定双星为同步自转时的拱线进行周期的理论计算值与该双星的观测值之比作为同步自转参量,以判断双星同步自转情况,利用此方法对ＹＣｙｇ和ＣＷＣｅｐ两对双星系统中子星同步自转情况做了判断。结果其中ＣＷＣｅｐ为同步自转双星,ＹＣｙｇ为接近同步自转双星,最后将所得结果与其他作用用直接测量自转速速度方法所得的结果进行比较,结果符合得很好。